apostila_tratamento termico

Curso Técnico de Metalurgia Mtt – Metalografia e Tratamento Térmico

‘ PROPRIEDADES x TEOR DE CARBONO

Para todas ligas de ferro-carbono normais, lentamente esfriadas, é notória a variação continua das propriedades mecânicas à medida que aumenta o teor de carbono.O gráfico abaixo mostra bem estas asserções. Nele se observa que à medida que o teor de carbono cresce:

a resistência à tração aumenta até um máximo para aproximadamente 1% de C, decrescendo novamente para teores mais elevados de carbono;

a dureza eleva-se continuamente com o aumento de teor de carbono; o alongamento cai rapidamente, sendo já muito reduzido para 1 % de carbono. Com

a diminuição do alongamento, aumenta em geral a fragilidade.

ETEc Dona Escolastica Rosa 1


CRESCIMENTO DOS GRÃOS

Os grãos de austenita, com o tempo, crescem à custa dos grãos vizinhos menos estáveis, tanto mais ràpidamente quanto mais elevada for à temperatura, pois, esse crescimento se dá por uma migração de átomos através dos contornos dos grãos, com conseqüente caminhamento desses contornos, de modo que um aço que permanecer muitas horas a alguns graus acima da zona crítica, pode adquirir uma textura de grãos grandes, da mesma forma que um aço que tiver permanecido pouco tempo a temperaturas elevadas (sem, contudo ultrapassar a linha "solidus").

Pelo esfriamento, os grãos de austenita transformam-se em grãos de perlita e de ferrita, ou de cementita, cujas dimensões e disposições dependem em parte do tamanho que tinham os grãos de austenita que lhes deram origem.

O crescimento dos grãos pode também ser estimulado por certas impurezas tais como o fósforo e o silício, quando em teores mais altos do que os habitualmente tolerados. Outros elementos, como o níquel, por exemplo, retardam esse fenômeno.

A granulação grosseira torna o material quebradiço porque, a coesão entre grãos é afetada pela concentração de impurezas nos seus contornos e com aumento da granulação há um aumento dessa concentração, devido à diminuição da área total desses contornos.

As fissuras também se propagam mais fàcilmente no interior dos grãos graúdos, em virtude dos planos de clivagem ser mais extensos. Por isso, entre aços de igual composição, os de grãos mais finos possuem melhores propriedades mecânicas.



RECRISTALIZAÇÃO

Recristalização dos grãos deformados a quente

Trabalho a quente é o nome dado às operações de laminação, forjamento, etc., feitas a temperaturas acima da zona crítica. A essas temperaturas o aço é mais mole do que à temperatura ambiente, exigindo, por isso, menos esforço para ser deformado. Esta é uma das razões por que se prefere laminar ou forjar o aço a quente.

Por outro lado, os grãos de austenita deformados por essas operações, iniciam imediatamente sua recristalização, sob a forma de novos pequenos grãos, de modo que, terminado o trabalho mecânico, o material não apresenta grãos deformados. O aço pode, por isso, ser deformado sucessivamente, sem perder suas propriedades plásticas, o que constitui uma segunda razão por que se prefere praticar essas operações a quente. Como no decorrer das operações a peça vai esfriando, é preciso que a temperatura de aquecimento seja inicialmente de 200 C a 300 C acima do limite superior da zona critica do aço que se está trabalhando.

Se apesar dessa precaução a temperatura cair abaixo da zona crítica ou mesmo dentro dela, antes das citadas operações terminarem, é necessário interrompe-Ias para reaquecer as peças.

Se o trabalho terminar a uma temperatura pouco acima da zona crítica, os grãos de austenita não terão tempo para crescer, de modo que resultará um material de granulação fina, mas, se o trabalho cessar a uma temperatura muito acima da referida zona, o crescimento será favorecido não só pela alta temperatura como pela maior demora em atingir a zona crítica. Ter-se-á, então, um material de granulação grosseira.

O tamanho dos grãos tem importância extraordinária na manufatura de certos produtos não só de aço, mas também de outros metais. Quando se precisam obter peças estampadas, como por exemplo, o refletor do farol de um automóvel, se a granulação for grosseira, a superfície ficará rugosa como casca de laranja e não uma superfície perfeitamente lisa como seu acabamento exige. Os próprios pára-lamas e partes da carroceria necessitam de um aço com tamanho de grão adequado para que a chapa de aço tenha a ductilidade que a estampagem profunda requer.



Deformação a frio. Encruamento. Recristalização da ferrita.

Quando as operações há pouco citadas se dão a temperaturas abaixo da zona critica e especialmente à temperatura ambiente, chama-se trabalho a frio. Os grãos do metal, deformados nessas condições, permanecem deformados e diz-se que o material está encruado. Essa deformação quando é superior a 15 ou 20%, deixam no interior do material, vestígios típicos, visíveis ao microscópio numa secção polida e atacada, porque os grãos ficam alongados paralelamente ao esforço de tração ou perpendicularmente ao de compressão.

O material que for deformado dentro da zona crítica, ficará apenas parcialmente encruado. Evita-se trabalhar o aço nessa zona, não porque seja propriamente nocivo ao material, mas em virtude da irregularidade de propriedades que apresentará, dificultando o seu controle. Só em casos especiais aparecem texturas que podem prejudicar as qualidades do aço.

O encruamento altera profundamente quase todas as propriedades do material: aumenta a resistência à tração, o limite de escoamento, a dureza, a fragilidade, a resistência elétrica, etc., e diminui o alongamento, a estricção, a permeabilidade magnética, a resistência à corrosão, a densidade, etc.

Há casos em que se encruam propositalmente os aços para tirar proveito de certas qualidades que possuem nesse estado, principalmente dureza maior, limite de escoamento mais alto e resistência à tração mais elevada. Assim se empregam alguns fios para molas, pregos, fitas para enfardamento, certos eixos de máquinas, certas barras especiais para concreto (que pelo simples fato de estarem encruadas convenientemente permitem elevar a tensão admissível de 1200 para 1700 kg/cm2), e principalmente fios de aço de alto teor de carbono chamados "corda de piano" empregados como tirantes, que chegam a resistir tração mais de 30.000 kglcm2.

A ferrita encruada começa, porém, a recristalizar-se pouco acima de 8OO C. Assim sendo, com um aquecimento até 600 C, o aço extra doce já readquire praticamente as propriedades como se fora recozido.

Se houver num aço extra doce uma região encruada e outra não, e o conjunto for aquecido até 700 C, à parte encruada recristalizará e apresentará granulação mais graúda do que à parte não encruada e que por isso, ainda não recristalizou. Os grãos maiores estarão paradoxalmente na região de transição onde o encruamento é muito pequeno. O grau de encruamento que produz esse resultado chama-se "encruamento crítico".

Para os aços doces e outros com teor de carbono mais alto, é preciso ultrapassar a zona crítica para retomar suas propriedades normais.

Transformações estruturais na recristalização e no crescimento dos grãos

Analisando os fenômenos de recristalização e de crescimento de grãos, do ponto de vista estrutural, veremos que se trata de duas etapas de um mesmo fenômeno, que é o da transformação de cristais deformados e relativamente instáveis em cristais mais perfeitos e relativa mente mais estáveis. .

O processo de recristalização exige o aparecimento de núcleos, ou pequenos agrupamentos atômicos mais estáveis que cresçam recebendo átomos dos cristais mais deformados de sua vizinhança, até se transformarem em grãos microscopicamente visíveis.

No processo de crescimento dos grãos não há necessidade do aparecimento de núcleos, pois os grãos cristalinamente mais perfeitos atuam como núcleos para a recristalização dos grãos vizinhos menos estáveis.

O aparecimento espontâneo de núcleos de recristalização ocorre nas regiões mais instáveis da estrutura cristalina, isto é, regiões com distúrbios em seu reticulado, como o são os contornos dos grãos, as regiões vizinhas às inclusões, as regiões deformadas por trabalho a frio, etc. Por esse motivo quanto maior for o encruamento do material, tanto maior será sua tendência a recristalizar ou em outras palavras, maior será a probabilidade do aparecimento de



núcleos de recristalização. Nestas condições um material muito deformado ao se recristalizar terá uma tendência a dar uma granulação fina. Quando a deformação é pequena e atingimos apenas o encruamento crítico, o número de zonas com capacidade para produzirem núcleos de recristalização é pequeno e o processo de transformação envolvendo poucos núcleos dará uma granulação grosseira.

Como o processo de recristalização é afetado pela velocidade de formação espontânea de núcleos e pela velocidade de seu crescimento, a influência do fator tempo nessas transformações é acentuada, o que significa que a velocidade de aquecimento afeta o resultado obtido.

Como veremos adiante, os fenômenos de nucleação e crescimento ocorrem também nas transformações de fase, ao se atravessar à zona crítica, tanto aquecendo como esfriando o material.

Neste caso, porém por se tratar de transformações que ocorrem acima da temperatura de recristalização da ferrita, que é da ordem de 550 C. a quantidade de deformação plástica sofrida pelo material a frio ou a quente, deixa de ter influência na ativação do processo.

FATORES DE INFLUENCIA NOS TRATAMENTOS TERMICOS

VELOCIADADE DE AQUECIMENTO

Deve-se considerar a velocidade de aquecimento adequada sempre em função da composição do material. Essa velocidade não deve ser muito lenta, pois haverá um crescimento excessivo dos grãos. Por outro lado, os materiais em elevado estado inicial de tensões não devem ser aquecidos rapidamente porque isso poderá provocar deformações, fissuras, empenamentos, etc.

TEMPERATURA DE AQUECIMENTO

Dependendo da liga a temperatura deve ser superior à de recristalização. Se for inferior, não ocorrerá a transformação e as modificações estruturais desejadas. Se for muito superior, ocorrerá um crescimento excessivo dos grãos ou superaquecimento do material.



TEMPO DE PERMANENCIA À TEMPERATURA

Manutenção da temperatura. O tempo de permanência à temperatura deve ser o suficiente para que as peças se aqueçam de modo uniforme em toda a secção, e os átomos de carbono se solubilizem totalmente. Se o tempo de permanência for atem do necessário, pode haver indesejável crescimento dos grãos, alem da oxidação em determinadas ligas.

RESFRIAMENTO

Para algumas ligas, entre as quais os aços, que são os mais importantes do ponto de vista dos tratamentos térmicos, o resfriamento é, pois fundamental, pois através dele pode-se conseguir, em função da velocidade de resfriamento, a estrutura e as propriedades finais desejadas. Os meios de resfriamento são responsáveis pelas diferentes velocidades de resfriamento. O quadro abaixo apresenta em ordem decrescente de velocidades alguns meios de resfriamento. Os elementos de liga no aço diminuem a velocidade critica de resfriamento para a formação da martensita. Portanto, o meio de resfriamento deve ser mais brando, como é, por exemplo, o óleo, ou mesmo o ar, em função do teor dos elementos de liga.



FORNOS DE AQUECIMENTO

Introdução

Em principio, eles podem ser classificados em dois grandes grupos: Intermitentes, em que a carga é periódica; Contínuos, em que a carga é continua.

Esses últimos são os mais comuns nas grandes instalações industriais, muitos deles sendo ainda dotados de controle automático programado.

As temperaturas de operação dos fornos de tratamento térmico variam muito, desde 400. C ou menos ate temperaturas acima de 1200. C; as mais comuns situam-se na faixa de 400. C a 950. C

Fontes de calorAs principais fontes de calor são:

Óleo; Gás; Eletricidade.



Notando-se uma tendência crescente à adoção de fornos elétricos, por motivos de economia de gás natural e derivados do petróleo e porque se trata de uma fonte não poluente e que permite uma controle mais rigoroso das temperaturas. Os elementos de aquecimento tipo resistência ou são embebidos no revestimento refratário do forno ou são suspensos por ganchos de material resistente ao calor e irradiam calor á carga. O aquecimento elétrico pode também ser feito por indução ou por um sistema especial de eletrodos.

Nos fornos a gás, o aquecimento pode ser direto, ou seja, produtos de combustão circulam em torno da carga a ser aquecida, ou indireta, em que os produtos de combustão não entram na câmara de aquecimento, a qual consiste numa mufla no interior da qual as peças são colocadas.

Tubos radiantes constituem outro sistema de aquecimento. Nesse caso os fornos são geralmente do tipo “soleira fixa” e o forno propriamente dito, tipo “cobertura” com tubos radiantes distribuídos no seu interior, se eleva para carregamento da “soleira” e é abaixado par realização da operação.

Tipos de fornos

Os tipos de fornos intermitentes são: Fornos de caixa, com ou sem mufla; Fornos de fundo móvel; Fornos tipo “sino”; Fornos-pocos; Fornos de banho de sal ou banho de chumbo.

Os fornos contínuos compreendem os seguinte tipos: Fornos com correia transportadora; Fornos munidos de empurradores; Fornos com vigas movediças; Fornos de soleira móvel sobre roletes; Fornos de soleira giratória.

Atmosferas controladas

O objetivo de controlar as atmosferas dos fornos do tratamento térmico é manter níveis consistentes dos vários constituintes que produzem a atmosferas protetora e mudar, se necessário, esse níveis de modo que os resultados desejados na proteção das peças colocadas no interior dos fornos sejam positivos. Esse controle é necessário em varias operações de tratamento térmico, não só pelos tipos de aços sob tratamento, como também pelo fato de serem empregadas atmosferas diferentes, quer quando se determine o tipo de atmosfera a ser colocada nos fornos, quer quando esta dentro do forno.

As ligas ferro-carbono, quando aquecidas à temperatura elevadas estão sujeitas aos fenômenos de oxidação e descarbonetação, ambas prejudiciais porque, enquanto o primeiro forma uma casca de oxido superficial, o segundo, retira carbono da superfície produzindo pontos mais moles, sobretudo no caso de aços de carbono mais elevados.

A oxidação que é criada na superfície da peça é formada por três camadas do óxidos de ferro:

Fe2O3 – Hematita (5%) Fe3O4 – Magnetita (25%) FeO – Wustita (70%)

Para evitar esses fenômenos de oxidação e descarbonetação nos tratamentos térmicos dos aços, são empregadas as chamadas “atmosferas protetoras” ou “atmosferas controladas”, produzidas artificialmente, nas quais se procura manter sob controle os elementos que produzem uma, outra ou ambas aquelas reações.



Essas atmosferas são obtidas, na maioria dos casos, por combustão total ou parcial de carvão, óleo e gás. Nessas condições, elas costumam apresentar uma grande variedade de componentes, tais como monóxido de carbono CO, anidrido carbônico, N2 e oxigênio O2.

As atmosferas controladas mais importantes sob o ponto de vista comercial e que preenchem a maioria das condições necessárias para evitar oxidação e descarbonetação nos seguintes grupos:

Exotérmica, produzida mediante combustão parcial ou total de uma mistura de gás e ar; Endotérmica, produzida por reação parcial de uma mistura de gás combustível a ar,

com o auxilio de uma substancia catalisadora aquecida externamente; Gás de gasogênio, produzido pela combustão de carvão de madeira; Nitrogênio preparado, obtido a partir da atmosfera exotérmica, com remoção do CO2 e

do vapor d´água; Exotérmica-endotermica, produzida pela combustão total de uma mistura de gás

combustível a ar, com remoção do vapor d´água e reproduzindo CO2 e CO mediante uma reação com gás combustível com auxilio de uma substancia catalisadora externamente aquecida;

Amônia dissociada ou amônia crua; Argônio, gás neutro, frequentemente empregado no tratamento térmico de aços

inoxidáveis, para impedir a possibilidade de qualquer reação gasosa ou absorção de gás. Seu custo é elevado, de modo que seu uso deve ser limitado a equipamento de tratamento térmico onde se exige um mínimo volume de gás que mantenha a pressão conveniente no processo.;

Helio, como o argônio, é igualmente um gás inerte. È principalmente empregado como atmosfera protetora na operação de soldagem com eletrodo de arco coberto de aços inoxidáveis.

TEMPERABILDADE

Uma das primeiras conclusões que se pode tirar do estudo das curvas isotérmicas (TTT) é a obtenção da estrutura martensítica, extremamente dura e necessária em muitos empregos dos aços em construção mecânica, exige um resfriamento muito rápido, de modo que a curva de esfriamento não toque a curva de inicio de transformação ou, quando muito, a tangencie.

A velocidade que corresponde a essa curva é chamada velocidade critica de esfriamento. Geralmente, entretanto, não basta que se tenha a formação da martensita, ou seja, endurecimento do aço, apenas superficialmente. É necessário que o endurecimento seja profundo ou total às várias profundidades abaixo da superfície.

Chama-se "temperabilidade" ou "endurecibilidade" à capacidade do aço endurecer ou á "profundidade de endurecimento".

Essas expressões não devem ser confundidas com a máxima dureza que o aço pode adquirir pelo esfriamento rápido, a qual é função quase que exclusiva do carbono, enquanto a "endurecibilidade" depende mais da presença de elementos de ligas do que do tamanho de grão da austenita.

O conhecimento e a determinação da temperabilidade dos aços são, portanto, muito importantes, pois o que se procura, geralmente, é que o material endureça à máxima profundidade possível.

Existem dois métodos básicos para a determinação desse característico:

O método de Grossmanne; O método de Jominy.

O mais utilizado é o "método de Jominy", também conhecido como "ensaio do resfriamento da extremidade", já padronizado no Brasil pela ABNT. Consiste no seguinte:

Um corpo de prova de um aço determinado, de forma cilíndrica de 1” de diâmetro e 4" de comprimento, é aquecido de modo a ter-se formação da estrutura austenítica. Para esse fim utiliza-se um dispositivo adequado, representado na figura 1. Sua extremidade livre é sujeita a



um jato de água, sob condições controladas de quantidade, pressão e temperatura. O corpo de prova, depois de resfriado, é cortado longitudinalmente; as duas partes paralelas e opostas são retificadas e submetidas a um ensaio de dureza, a distâncias variáveis (intervalos geralmente de 1/16"), a partir da extremidade que recebeu o jato de água. Pode-se, assim, traçar um gráfico, como o da Figura 2, em que se lançam em abscissas as distâncias da extremidade esfriada, em 1/16" e em ordenadas a dureza Rockwell C.

Pelo método Jominy, pode-se definir a "distância crítica Jominy Jp" que corresponde ao valor da distância para a qual ocorre brusca queda de dureza. Na Figura 2, a distância crítica corresponderia a 7/16".

Os aços, quando especificados pela temperabilidade, são conhecidos como "aços H" (H de "hardenability").

Fatores que afetam a temperabilidade são os mesmos que afetam a posição das curvas em C. Em resumo:

Fatores que diminuem a temperabilidade:o Granulação fina da austenita;o Inclusões não dissolvidas;

Fatores que aumentam a temperabilidade:o Elementos de liga (exceto o cobalto);o Granulação grosseira da austenita;o Homogeneidade da austenita.

Figura 1



Figura 2

TRANSFORMAÇÃO TEMPO TEMPERATURA

INTRODUÇÃO

No decênio de 30, do século 20, dois pesquisadores metalúrgicos Davenport e Bain desenvolveram um método para verificar as transformações da austenita que podem ocorrer quando o aço é resfriado a determinadas temperaturas, abaixo da linha de transformação A1 e ali mantido a temperaturas constantes de modo a poder-se verificar o tempo necessário para que a transformação se inicie e termine. Essa técnica foi denominada transformação isotérmica.

CURVAS EM “C OU “TTT”

O aumento da velocidade de resfriamento altera as condições de equilíbrio do diagrama Fé-C e, portanto, as condições de formação dos constituintes normais resultantes da transformação da austenita. Essa formação é baseada na mudança do reticulado cristalino do ferro, gama e alfa, ou seja, numa movimentação de átomos por difusão.

Admiti-se que com maiores velocidades de resfriamento, a transformação da austenita se realiza as temperaturas cada vez mais baixas, ou seja, há um rebaixamento paulatino das linhas de transformação. Na realidade, o que ocorre é um fenômeno de inércia próprio de certos fenômenos físicos, resultando um atraso da transformação da austenita, o que pode ser traduzido por um atraso na reação de transformação da austenita.

Os microconstituintes resultantes de um aumento da velocidade de resfriamento adquirem feições diferentes: inicialmente, ele passa a apresentar granulação mais fina, com características próprias e que afetam, de outro modo, as propriedades dos aços.

Aumentando mais a velocidade de resfriamento surge, junto com os constituintes normais, um novo microconstituintes a martensita de estrutura totalmente diferente (TCC - tetragonal de corpo centrado) e, em conseqüência de propriedades totalmente nova.



Finalmente, haverá uma velocidade de resfriamento para a qual os constituintes normais desaparecem e o único microconstituinte resultante da transformação da austenita será a martensita.

Tomando-se um aço eutetóide aquecido acima de 750.C, de modo a se ter somente austenita, podemos observar que se esse material for resfriado bruscamente até uma temperatura inferior a 723.C, suponhamos 600.C, ele levará certo tempo para Iniciar a sua transformação em perlita e depois de iniciada, ela só se completará após certo intervalo de tempo. A verificação deste fenômeno pode ser feita por método dilatométrico, ou por um processo metalográfico, este consistiria em resfriar rapidamente, para 600.C vários corpos do mesmo material, partindo-se da mesma temperatura de austenitização, e em seguida após intervalos de tempo determinados, temperar um por um os corpos de prova. Se o intervalo de tempo no qual o corpo de prova foi mantido a 600.C não foi suficiente para o início da transformação da austenita em perlita, aquela se transformará em martensita.

No segundo resfriamento brusco. No caso contrario o material apresentará uma certa área transformada isotermicamente em perlita e o restante terá martensita no resfriamento subseqüente.

Pelo exame desta serie de corpos de prova pode-se acompanhar a evolução da transformação, o que permitirá traçar um gráfico relacionando a porcentagem de produtos de transformação isotérmica com o tempo de permanência na temperatura escolhida. A fim de tornar possível o registro simultâneo de intervalos de tempo da ordem de segundos e por fim,sempre se emprega o eixo do tempo uma escala logarítmica. Este gráfico nos fornece o tempo para inicio e o do fim da transformação (pontos "i" e "f') da austenita na temperatura escolhida.



AUSTEMPERA

Esse tratamento é adequado a aços de alta temperabilidade (alto teor de carbono). A peça é aquecida acima da zona crítica, por certo tempo, até que toda a estrutura se transforma em austenita (posição 1). A seguir é resfriada bruscamente em banho de sal fundido, com temperatura entre 260.C e 440.C (posição 2). Permanece nessa temperatura por um tempo, ate que sejam cortadas as duas curvas (posição 3), ocorrendo transformação da austenita em bainita. Em seguida, é resfriada ao ar livre (posição 4). A dureza da bainita é de, aproximadamente, 50 Rochwell C e a dureza da martensita é de 65 a 67 Rockwell C.

A interpretação é a seguinte: Acima de 750.C: campo da austenita; Curva à esquerda (i), curva de inicio de transformação da austenita em perlita ou

bainita; Curva à direita(f), curva de fim de transformação; Mi - inicio de transformação da austenita em martensita; Mf - fim de transformação



MARTEMPERA

A martêmpera é um tipo de tratamento indicado para aços-liga porque reduz o risco de empenamento das peças. O processo é ilustrado no seguinte diagrama:



A peça é aquecida acima da zona critica para se obter a austenita (posição 1). Depois, é resfriada em duas etapas. Na primeira, a peça é mergulhada num banho de sal fundido ou óleo quente, com temperatura um pouco acima da linha Mi (posição 2). Mantém-se a peça nessa temperatura por certo tempo, tendo-se o cuidado de não cortar a primeira curva (posição 3). A segunda etapa é a do resfriamento final, ao ar, em temperatura ambiente (posição 4). A martensita obtida apresenta-se uniforme e homogênea, diminuindo riscos de trincas. Após a martêmpera é necessário submeter à peça a revenimento.

TRATAMENTO TÉRMICO DOS ACOS

INTRODUÇÃO

Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são submetidos os aços, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou conferir-Ihes características determinados.As propriedades dos aços dependem, em princípio, da sua estrutura. Os tratamentos térmicos modificam, em maior ou menor escala, a estrutura dos aços, resultando, em conseqüência na alteração mais ou menos pronunciada, de suas propriedades.

Cada uma das estruturas obtida apresenta suas características próprias, que se transferem ao aço, conforme a estrutura ou combinação de estrutura presentes.

Pelo exposto, pode-se perfeitamente avaliar a importância dos tratamentos térmicos, sobretudo nos aços de alto carbono e nos que apresentam também elementos de liga.

De fato, se geralmente muitos aços de baixo e médio carbono são usados nas condições típicas do trabalho a quente, isto é, nos estados forjado e laminado, quase todos os aços de alto carbono ou com elementos de liga, são obrigatoriamente submetidos a tratamentos térmicos antes de serem colocados em serviço.

Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são os seguintes:

Remoção de tensões internas (oriundas de esfriamento desigual, trabalho mecânico ou outra causa);

Aumento ou diminuição da dureza; Aumento da resistência mecânica; Melhora da ductilidade; Melhora da usinabilidade; Melhora da resistência ao desgaste; Melhora das propriedades de corte; Melhora da resistência à corrosão; Melhora da resistência ao calor; Modificação das propriedades elétricas e magnéticas.

A simples enumeração dos objetivos acima evidência claramente a importância e a necessidade do tratamento térmico no aço.Em geral, a melhora de uma ou mais propriedades, mediante um determinado tratamento térmico, é conseguida com prejuízo de outras.

Por exemplo, o aumento da ductilidade provoca simultaneamente queda nos valores de dureza e resistência à tração. É necessário, pois, que o tratamento térmico seja escolhido e aplicado criteriosamente, para que os inconvenientes apontados sejam reduzidos ao mínimo. Não se verifica, pela simples aplicação de um tratamento térmico, qualquer alteração da composição química do aço.

Há casos, entretanto, em que interessa somente uma modificação parcial de certas propriedades mecânicas; por exemplo, melhorar superficialmente a dureza do aço. Esse efeito é conseguido pela alteração parcial da sua composição química.

Os tratamentos em que a combinação de operações de aquecimento e resfriamento é realizada em condições tais que conduzem a uma mudança parcial da composição química. Os



tratamentos em que a combinação de operações de aquecimento e resfriamento é realizada em condições tais que conduzem a uma mudança parcial da sua composição química da liga e, conseqüentemente, umas modificações parciais de suas propriedades mecânicas, serão chamados de "tratamentos termo - químicos".

FATORES DE INFLUÊNCIA NOS TRATAMENTOS TÉRMICOS

Antes de serem definidos e descritos os vários tratamentos térmicos, será feita uma rápida recapitulação dos diversos fatores que devem ser levados em conta na sua realização.

Representando o tratamento térmico um ciclo tempo - temperatura, os fatores a serem inicialmente considerados são: aquecimento, tempo de permanência à temperatura e resfriamento. Além desses, outro de grande importância é a atmosfera do recinto de aquecimento, visto que a sua qualidade tem grande influência sobre os resultados finais dos tratamentos térmicos.

AQUECIMENTO

O caso mais freqüente de tratamento térmico do aço é alterar uma ou diversas de suas propriedades mecânicas, mediante uma determinada modificação que se processa na sua estrutura. Assim sendo, o aquecimento é geralmente realizado a uma temperatura acima da crítica, porque então se tem a completa austenização do aço, ou seja, total dissolução do carboneto de ferro gama: essa austenização é o ponto de partida para as transformações posteriores desejadas, as quais se processarão em função da velocidade de esfriamento adotada.

Na fase de aquecimento, dentro do processo de tratamento térmico, devem ser apropriadamente consideradas a velocidade de aquecimento e a temperatura máxima de aquecimento.

A velocidade de aquecimento, embora na maioria dos casos seja fator secundário, apresenta certa importância, principalmente quando os aços estão em estado de tensão interna ou possuem tensões residuais devidas a encruamento prévio ou ao estado inteiramente martensítico porque, nessas condições, um aquecimento muito rápido pode provocar empenamento ou mesmo aparecimento de fissuras.

Há casos, contudo, de aços fortemente encruados que apresentam uma tendência para excessivo crescimento de grão quando aquecidos lentamente dentro da zona crítica, sendo então conveniente realizar um aquecimento mais rápido através dessa zona de transformação. Nas mesmas condições estão, certos aços especiais que exigem temperatura final de austenização muito elevada; também nesses casos quando no aquecimento é atingida a zona crítica é necessário que a mesma seja ultrapassada mais ou menos rapidamente para evitar excessivo crescimento de grão de austenita.

A temperatura de aquecimento é mais ou menos um fator fixo, determinado pela natureza do processo e dependendo, é evidente, das propriedades e das estruturas finais desejadas, assim como da composição química do aço, principalmente do seu teor de carbono.

Quanto mais alta essa temperatura, acima da zona crítica, maior segurança se tem da completa dissolução das fases no ferro gama; por outro lado, maior será o tamanho de grão da austenita. As desvantagens de um tamanho de grão excessivo são maiores que as desvantagens de não ser ter total dissolução das fases no ferro gama.

TEMPO DE PERMANÊNCIA À TEMPERATURADE AQUECIMENTO



A influência do tempo de permanência do aço à temperatura escolhida de aquecimento é mais ou menos idêntica à da máxima temperatura de aquecimento, isto é, quanto mais longo o tempo à temperatura considerada de austenização, tanto mais completa a dissolução do carboneto de ferro ou outras fases presentes (elemento de liga) no ferro gama, entretanto maior o tamanho de grão resultante.

Procura-se evitar, pois, permanência à temperatura o estritamente necessário para que se obtenha uma temperatura uniforme através de toda a seção do aço e para que se consigam as modificações estruturais mais convenientes. Tempo muito longo pode também aumentar a oxidação ou descarbonetação do material. Sob o ponto de vista de modificação estrutural, admite-se que uma temperatura ligeiramente mais elevada seja mais vantajosa que um tempo mais longo a uma temperatura inferior, devido à maior mobilidade atômica. De qualquer modo, o tempo à temperatura deve ser pelo menos o suficiente a se ter sua uniformização através de toda a seção.

RESFRIAMENTO

Este é o fator mais importante, pois é ele que determinará efetivamente a estrutura e, em conseqüência, as propriedades finais dos aços. Como pela variação da velocidade de resfriamento pode-se obter desde a perlita grosseira de baixa resistência mecânica e baixa dureza até a martensita que é o constituinte mais duro resultante dos tratamentos térmicos. Por outro lado, a obtenção desses constituintes não é só função da velocidade de resfriamento, dependendo também como se sabe, da composição do aço (teor em elemento de liga, deslocando a posição das curvas em C), das dimensões (seção) das peças, etc.

Os meios de esfriamento usuais são: ambiente do forno, ar e meios líquidos. O resfriamento mais brando é, evidentemente, o realizado no próprio interior do forno e ele se torna mais severo as medida que se passa para o ar ou para um meio líquido, onde a extrema agitação dá origem aos meios de esfriamento mais drásticos ou violentos.

Na escolha do meio de esfriamento, o fator inicial a ser considerado é o tipo de estrutura final desejada a uma determinada profundidade. Não só, entretanto. De fato, a seção e a forma da peça influem consideravelmente na escolha daquele meio. Muitas vezes, por exemplo, a seção da peça é tal que a alteração estrutural projetada não ocorre à profundidade esperada.

Algumas vezes a forma da peça é tal que um resfriamento mais drástico, como em água, pode provocar conseqüências inesperadas e resultados indesejáveis tais como empenamento e mesmo ruptura da peça. Um meio de resfriamento menos drástico, como óleo, seria o indicado sob o ponto de vista de empenamento ou ruptura, porque reduz o gradiente de temperatura apreciavelmente durante o resfriamento, mas não podem satisfazer sob o ponto de vista de profundidade de endurecimento. É preciso, então conciliar as duas coisas: resfriar adequadamente para obtenção da estrutura e das propriedades desejadas à profundidade prevista e, ao mesmo tempo, evitar empenamento distorção ou mesmo ruptura da peça quando submetida ao resfriamento.

Tal condição se consegue com a escolha apropriada do aço.De qualquer modo, o meio de resfriamento é fator básico no que se refere à reação da austenita e em conseqüência, aos produtos finais de transformação. Os meios de resfriamento mais utilizados são: soluções aquosas, águas, óleo e ar.

Outro fator que deve ser levado em conta é o da circulação do meio de resfriamento ou agitação da peça no interior, pois ocorrer o empenamento das peças e até mesmo fissuras para isso temos que usar meios menos drásticos como óleo, água aquecida ou ar, são banhos de sal ou banho de metal fundido.

ATMOSFERADO FORNO

Nos tratamentos térmicos dos aços, deve-se evitar dois fenômenos muito comuns e que podem causar sérios aborrecimentos: a oxidação que resulta na formação indesejadas da



"casca de óxido"e a descarbonetação que pode provocar a formação de uma camada mais mole na superfície do metal. As reações de oxidação mais comuns são:

2Fe + 02 = 2FeO, provocada pelo oxigênioFe + Co = fio + Co, provocada pelo anídrico carbônicoFe + H20 = FeO + H2, provocada pelo vapor de água.

OS AGENTES DESCARBONETANTES USUAIS

2C + 02 = 2COC + C02 = 2COC + 2H2 = CH4

Tais fenômenos de oxidação e de descarbonetação, são evitados pelo uso de uma atmosfera protetora ou controlada no interior do forno, a qual, ao prevenir a formação da "casca de óxido" , torna desnecessário o emprego de métodos de limpeza e, ao eliminar a descarbonetação, garante uma superfície uniformemente dura e resistente ao desgaste.

Às vezes, para obter os mesmos resultados proporcionados pelas atmosferas protetoras, sa-se como meio de aquecimento banhos de sal fundido; o tratamento térmico dos aços rápidos constitui o exemplo mais importante. s tratamentos térmicos usuais dos aços são: recozimento, normalização e têmpera, revenimento.

RECOZIMENTO

É o tratamento térmico realizado com o fim de alcançar um ou vários seguintes objetivos:

remover tensões devidas ao tratamentos mecânico a frio ou a quente; diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade do aço; alterar as propriedades mecânicas como resistência, ductilidade etc.,; modificar os característicos elétricos e magnéticos; ajustar o tamanho de grão; regularizar a textura bruta; produzir uma microestrutura definida; eliminar enfim os efeitos de quaisquer tratamento térmicos ou mecânicos a que o aço

tiver sido anteriormente submetido.

O tratamento térmico genérico recozimento abrange os seguintes tratamentos específicos:

RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

Que constitui no aquecimento do aço acima da zona crítica, durante o tempo necessário e suficiente para se ter solução do carbono ou dos elementos de liga no ferro gama, seguindo de um resfriamento lento, realizado ou mediante o controle da velocidade de esfriamento do forno ou desligando-se o mesmo e deixando que o aço resfrie ao mesmo tempo em que ele.A temperatura para recozimento pleno é de mais ou menos 50°C acima do limite superior da zona crítica para aços hipoeutetóides e acima do limite inferior para os hipereutetóides.

Os microconstituintes que resultam do recozimento pleno são: perlita e ferrita para aços hipoeutetóides, cementita e perlita para aços hipereutetoídes e perlita para os aços eutetóides.

O recozimento total requer um tempo muito longo de modo que às vezes, é conveniente substituí-Io pelo:

RECOZIMENTO PARA ALíVIO DE TENSÕES OU SUB-CRíTICO

Que consiste no aquecimento do aço a temperaturas abaixo do limite inferior da zona crítica. O objetivo é aliviar as tensões originadas durante a solidificação ou produzidas em operações de endireitamento, corte por chama, soldagem ou usinagem . Essas tensões começam a ser aliviadas a temperaturas logo acima do ambiente; entretanto, é aconselhável aquecimento lento até pelo menos 500°C para garantir os melhores resultados. De qualquer



modo, a temperatura de aquecimento deve ser a mínima compatível com o tipo e as condições da peça, para que não se modifique sua estrutura interna, assim como não se produzam alterações sensíveis de suas propriedades mecânicas.

NORMALIZAÇÃO

Consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima da zona crítica, seguindo de resfriamento no ar. A normalização visa refinar a granulação grosseira de peças de aço fundido principalmente; freqüentemente, e com o mesmo objetivo, a normalização é aplicada em peças depois de laminadas ou forjadas. A normalização é ainda usada como tratamento preliminar à têmpera e ao revenido, justamente para produzir estrutura mais uniforme do que a obtida por laminação.

Os constituintes que se obtém na normalização são ferrita e perlita fina ou cementita e perlita fina.

TÊMPERA

Consiste no resfriamento rápido do aço de uma temperatura superior à sua temperatura crítica em um meio como óleo, água, salmoura ou mesmo ar. A velocidade de resfriamento, nessas condições, dependerá do tipo de aço, da forma e das dimensões das peças.

Como na têmpera o constituinte final desejado é a martensita, o objetivo, o objetivo dessa operação, sob o ponto de vista de propriedades mecânicas, é o aumento da dureza deve verificar-se até uma determinada profundidade.

Resultam também da têmpera redução da ductilidade (baixos valores de alongamento e estricção), da tenacidade e o aparecimento de apreciáveis tensões internas. Tais inconvenientes são atenuados ou eliminados pelo revenido.

Para que a têmpera seja bem sucedida vários fatores devem ser levados em conta. Inicialmente, a velocidade de esfriamento deve ser tal que impeça a transformação da austenita nas temperaturas mais elevadas, em qualquer parte da peça que se deseja endurecer.

REVENIDO

O revenido é o tratamento térmico que normalmente sempre acompanha a têmpera, pois elimina a maioria dos inconvenientes produzidos por esta; além de aliviar e remover as tensões internas, corrige as excessivas dureza e fragilidade do material, aumentando sua ductibilidade e resistência ao choque.

O aquecimento na martensita permite a reversão do reticulado instável ao reticulado estável cúbico centrado, produz reajustamento internos que aliviam as tensões e, além disso, uma precipitação de partículas de carbonetos que cresce e se aglomeram de acordo com a temperatura e o tempo.

FRAGILIDADE DO REVENIDO

Diversos aços, principalmente aço-liga de baixo teor em liga, caracterizam-se por adquirirem fragilidade, quando são aquecidos na faixa de temperaturas 375 a 575°C, ou quando são resfriados lentamente através dessa faixa. Este fenômeno é conhecido com o nome de "fragilidade de revenido". A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa 450 a 475°C. Os aços-carbono comuns contendo manganês abaixo de 0,30% não apresentam o fenômeno. Contudo, aços contendo apreciáveis quantidades de manganês, níquel e cromo, além de uma ou mais impurezas tais como antimônio, fósforo, estanho ou arsênio, são suscetíveis ao fenômeno.

Não se tem uma explicação clara desse fato, embora se tenha observado concentração de impurezas nos contornos dos grãos o que comprova que é necessária a presença dessas impurezas, juntamente com um elemento de liga, para provocar esta fragilidade.



Esta é somente revelada no ensaio de resistência ao choque, pois as outras propriedades mecânicas e própria microestrutura não são afetadas. A não ser que se utilize matérias primas muito puras, os aços Cr-Ni são mais suscetíveis ao fenômenos.

Aparentemente, o molibdênio, em teores 0,5 a 1,0% retarda a suscetibilidade à fragilidade de revenido.

Os aços que se tornaram frágeis, devido às causas apontadas, podem voltar ao seu normal e ter a tenacidade por assim dizer restaurada, pelo aquecimento em torno de 600°C ou acima, seguido de resfriamento rápido, abaixo de aproximadamente 300°C.

Mencione-se, mais uma vez, o fato de que a eliminação de impurezas indutoras do fenômeno evita a fragilidade. Como o antimônio é aparentemente o elemento mais prejudicial ele deve ser evitado a qualquer custo. Na prática, tanto o antimônio como o arsênio não estão comumente presentes. Desse modo, a maior atenção de ser dirigida ao estanho e ao fósforo, cujas quantidades não devem ultrapassar 0,005% e 0,001%respectivamente.

TRATAMENTOS SUPERFICIAIS

O endurecimento superficial dos aços, em grande número de aplicações de peças de máquinas, é, freqüentemente, mais conveniente que seu endurecimento total pela têmpera normal, visto que, nessas aplicações objetiva-se apenas a criação de uma superfície dura e de grande resistência ao desgaste e à abrasão.

O endurecimento superficial pode ser produzido por vários métodos, a saber:

Tratamentos termoquímicos; Tratamentos termofísicos (tempera superficial).

TRATAMENTOS TERMOFíSICOS (TEMPERA SUPERFICIAL)

A têmpera superficial consiste em produzir-se uma têmpera localizada apenas na superfície das peças de aço, que assim adquirirá as propriedades e característicos típicos da estrutura martensítica . Vários são os motivos que determinam à preferência do endurecimento superficial em relação ao endurecimento total:

dificuldade, sob os pontos de vista prático e econômico, de tratar-se de peças de grandes dimensões nos fornos de tratamento térmico convencional;

possibilidade de endurecer-se apenas na áreas críticas de determinadas peças, como por exemplo, dentes de grandes engrenagens, guias de máquinas operatrizes, grandes cilindros, etc;

Por outro lado, as propriedades resultantes da têmpera superficial são:

superfícies de alta dureza e resistência ao desgaste; boa resistência à fadiga por dobramento, boa capacidade para resistir cargas de contato; resistência satisfatória ao empenamento.

Algumas recomendações são necessárias para obtenção dos melhores resultados:

procurar obter camadas endurecidas pouco profundas; de fato, profundidades maiores, desnecessárias podem provocar o empenamento ou fissuras de têmpera ou desenvolver tensões residuais excessivamente altas, sob a camada endurecida;

levar em conta que a espessura da camada endurecida depende de cada caso específico, tendo em vista as resistências ao desgaste e à fadiga desejadas, a carga de serviço peças, as dimensões destas e, inclusive o equipamento disponível; como exemplo deve-se lembrar que se a camada endurecida corresponder a uma fração significativa da espessura da peça, podem resultar tensões residuais de compressão de pequeno valor nessa camada endurecida, de modo a ter-se melhora insignificante na resistência à fadiga.



As temperaturas de aquecimento devem proporcionar a austenização do aço, pois somente assim obtém-se no resfriamento posterior a martensita.

A tempera superficial está dividida em dois tipos:

Tempera por chama; Tempera por indução

TÊMPERA POR CHAMA

Neste processo aquece-se rapidamente, acima da temperatura crítica, a superfície a ser endurecida, por intermédio de uma chama de oxi-acetileno, seguindo-se um jato de água, em forma de borrifo, de modo a produzir uma camada endurecida até a profundidade desejada.

Existe em inúmeros dispositivos utilizados na operação. No caso mais simples de formas cilíndricas, leva-se a efeito o tratamento mediante a utilização de um dispositivo semelhante ao torno, entre as pontas do qual é colocada à peça, sendo a tocha de oxi-acetileno e o bocal de água colocados no carro do torno.

A peça gira a uma velocidade periférica determinada, ao mesmo que a tocha, dimensionada de modo a abranger a área que se deseja endurecer, aquece sucessivamente a superfície, seguindo-se imediatamente o resfriamento pela água.

Com esta disposição, há probabilidade de se formarem faixas mais moles com alguns milímetros de largura. Para evitar esse inconveniente, prefere-se aquecer a superfície com uma tocha de chama múltipla e formar anular, que se movimenta ao longo de peça girando rapidamente. O bocal de resfriamento apresenta também uma forma anular. A espessura da camada endurecida pode variar desde apenas uma casca superficial até cerca de 10 mm.

O dispositivo descrito, adaptado em máquina do tipo de um torno, dá uma idéia da maneira de realizar-se a têmpera superficial por chama. A figura 65 mostra mais claramente três métodos de aplicação desse tipo de endurecimento superficial.

Além desses, o método mais simples é o chamado estacionário, em que se aquecem apenas localmente áreas selecionadas da peça, com subseqüente resfriamento, ou por borrifo ou até mesmo por imersão.

Este método mais simples, porque não exige equipamento elaborado, além evidentemente do dispositivo de chama e, eventualmente, dispositivo de fixação e de controle do tempo para permitir um aquecimento mais uniforme.

As velocidades de aquecimento por chamas de oxi-acetileno, variam de 5 a 30 cm/minutos e, normalmente, o meio de resfriamento é água à temperatura ambiente, ou eventualmente quando se deseja uma têmpera menos severa, ar.

O método "giratório" é empregado em peças de secção circular ao semicircular, tais como rodas, cames e pequenas engrenagens na sua forma mais simples utiliza-se um mecanismo para girar a peça num plano horizontal ou vertical, ficando sua superfície sujeita à ação da chama.

Desde que se consiga um aquecimento uniforme, a velocidade de rotação é relativamente pouco importante.

Depois que a superfície da peça tiver sido aquecida - por intermédio de um ou mais cabeçotes de chamas - a chama é extinta ou retirada e a peça é resfriada por imersão, borrifo ou por uma combinação de ambos os métodos.

Em contraste com o método progressivo, em que o gás combustível usado e geralmente acetileno (devido sua elevada temperatura de chama e rápido aquecimento) no método giratório, resultados satisfatórios são obtidos com gás natural (metano) e propano.



Finalmente, o método "combinado progressivo - giratório" alia os dois anteriores: a peça é girada, como no método giratório ao mesmo tempo em que a chama se movimenta de uma extremidade à outra. Somente uma faixa estreita de circunferência é aquecida progressivamente, à medida que a chama se move de uma extremidade à outra da peça.

O resfriamento segue imediatamente atrás da chama. Vários gases combustíveis podem ser usados na têmpera por chama.

TÊMPERA POR INDUÇÃO

O calor para aquecer uma peça pode ser gerado na própria peça por indução eletromagnética. Assim se uma corrente alternada flui através de um indutor ou bobina de trabalho, estabelece-se nesta um campo eletromagnético altamente concentrado, o qual induz um potencial elétrico na peça a ser aquecida envolvida pela bobina e, como a peça representa um circuito fechado, a voltagem induzida provoca o fluxo de corrente. A resistência da peça ao fluxo da corrente induzida causa aquecimento por perdas.

O modelo de aquecimento obtido por indução depende da forma da bobina de indução que produz o campo magnético, do número de voltas da bobinas, da freqüência de operação e da forma elétrica da corrente alternada.

A velocidade de aquecimento obtida com bobinas de indução depende da intensidade do campo magnético ao qual se expõe a peça. Nesta, a velocidade de aquecimento é função das correntes induzidas e da resistência ao seu fluxo. Quando se deseja aquecimento a pequena profundidade ou seja camada endurecida de pequena espessura, adota-se geralmente corrente de alta freqüência; baixa ou intermediárias são utilizadas em aplicações onde se deseja aquecimento a maior profundidade.Do mesmo modo a maioria das aplicações de têmpera superficial exige densidade de força relativamente alta e ciclos de aquecimentos curtos, de modo a restringir o aquecimento à área superficial.

Camadas endurecidas da ordem de 0,25 mm são obtidas, mediante a aplicação de correntes de freqüência elevada (1OOhKza 1Mhz) alta densidade de força e tempo reduzido. Camadas mais espessas, de 12 mm ou mais, são obtidas por correntes de freqüência baixa (3 a 25 kHz) e períodos de tempo mais longos.

Em resumo, o controle da profundidade de aquecimento é conseguido, jogando-se com as seguintes variáveis:

forma da bobina; distância ou espaço entre a bobina de indução à peça; taxa de alimentação de força; freqüência; tempo de aquecimento.

Nós temos vários tipos de bobinas de indução para alta freqüência, um dos tipos consiste solenóide para aquecimento externo; entre os vários tipos temos vários e diferentes processos aplicados no aquecimento superficial por indução, pode se citar:



tempera simultânea, em que a peça a ser temperada é feita girar dentro da bobina; uma vez atingindo o tempo necessário para o aquecimento, à força é desligada e a peça imediatamente resfriada por um jato de água;

Têmpera contínua, em que a peça, ao mesmo tempo em que gira no interior da bobina de InOUç80,move-se ao longo do seu eixo, de modo a se ter uma aplicação progressiva de calor. O dispositivo de resfriamento está montado a certa distância da bobina.

REVENIDO DE AÇOS TEMPERADOS SUPERFICIALMENTE

Após a têmpera superficial, as peças são submetidas a um revenido, pois qualquer que tenha sido o tratamento de têmpera adotado, é necessário revenir a martensita.

Geralmente, este revenido é levado a efeito a temperaturas baixas, objetivando-se sobre tudo o alívio das tensões originadas.

Considerando que os processos de têmpera superficial são adotados devido a característicos dimensionais das peças ou por outros motivos, pode-se também concluir se deve igualmente preferir os métodos de chama ou por indução para revenir o material.

No caso, por exemplo da têmpera superficial por chama em peças de grandes dimensões, através do método progressivo, o revenido é realizado imediatamente após o resfriamento, pelo reaquecimento da superfície temperada com uma chama colocada à pequena distância do dispositivo de resfriamento.

Em peças grandes, temperadas até uma profundidade de cerca de 6 mm ou mais, o calor residual presente depois do resfriamento, como já foi mencionado, pode ser suficiente para aliviar as tensões da têmpera, tornando-se desnecessário um revenido subseqüente, como operação à parte.

AÇOS RECOMENDADOS NA TÊMPERA SUPERFICIAL

Os aços-carbono comuns, na faixa de 0,45 a 0,65% de carbono, são os mais usados nas aplicações de têmpera por chama, podendo ser endurecidos inteiramente em seções até aproximadamente 12,5 mm. O mesmo pode-se dizer em relação à têmpera superficial por indução.

Freqüentemente usam-se aços ligas, quando se deseja maior resistência do núcleo e porque os aços-carbono não são adequados para obtenção dessa resistência em determinadas secções, ou ainda porque, devido ao peso e à forma da peça e possibilidade de empenamento ou fissuração, não se recomenda o uso de aço-carbono resfriado em água.

Finalmente, os aços de granulação fina devem ser preferidos, visto que a granulação grosseira é mais suscetível de fissuração, durante o resfriamento posterior.

TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS

Os tratamentos termoquímicos, visam o endurecimento superficial dos aços, pela modificação parcial da sua composição química nas secções que se deseja endurecer.



São aplicados nos aços com baixo teor de carbono com o objetivo de aumentar a dureza superficial e a resistência ao desgaste. Absorvendo um elemento endurecedor, o material modifica sua composição química superficial.

Os processos de tratamento termoquímicos mais utilizados são: Cementação; Nitretação; Cianetação; Boretação.

CEMENTAÇÃO

É o tratamento mais empregado e mais antigo, pois os romanos já o utilizavam. Consiste na introdução de carbono na superfície de aços de baixo carbono, de modo que o teor superficial desse elemento atinja valores até em torno de 1,0 %, a uma profundidade determinada.

A temperatura do tratamento deve ser elevada, acima da zona critica, para que a estrutura austenítica esteja em condições de absorver e dissolver carbono.O processo seguinte é tempera que produzira martensita na cama enriquecida em carbono.

A profundidade de cementação depende da temperatura, do tempo à temperatura, da contração de carbono. O teor de carbono decresce, à medida que se penetra em profundidade.

A cementação pode ser realizada por três processos: Sólidos ou em caixa; Líquidos; Gasosos.

CEMENTAÇÃO SÓLIDA

Neste processo, a substancia carbonácea, ou seja, fornecedora do carbono, é sólida, constituída das chamadas misturas carburizantes. As misturas mais usadas incluem carvão de madeira, aglomerados com 5 a 20 %, por meio de óleo comum ou óleo de linhaça, com uma substância ativadora, que pode ser, entre outra carbonato de Sódio, carbonato de potássio, carbonato de cálcio ou carbonato de bário.

CEMENTAÇÃO LIQUIDA

O meio carborizante neste processo é um sal fundido cuja composição é variável. A operação de cementação líquida é rápida e limpa; permite maiores profundidades de cementação, protege eficientemente as peças contra corrosão e descarbonetação, elimina praticamente o empenamento, possibilita melhor controle do teor de carbono, possibilita a cementação localizada, visto que as peças são mergulhadas suspensas no banho de sal.

CEMENTAÇÃO GASOSA

Neste processo, a substancia carbonácea é uma atmosfera gasosa, com CO, gases derivados de hidrocarbonetos (gás natural, propano, etapa, butano) etc. O processo é mais limpo que a cementação sólida, permite melhor controle do teor de carbono e da espessura da camada cementada e é mais rápido.

NITRETAÇÃO



Neste processo, o endurecimento superficial é obtido pela ação do nitrogênio, quando o aço é aquecido numa determinada temperatura, sob a ação de um ambiente hitrogenoso.O processo permite, alem de alta dureza superficial e elevada resistência ao desgaste, melhorar a resistência à fadiga, à corrosão e ao calor.Os processos de nitretação são os seguintes:

Nitretação a gás Nitretação liquida

CIANETAÇÃO

Consiste no aquecimento de aço a uma temperatura acima da zona critica, num banho de sal de cianeto fundido, acarretando enriquecimento superficial de carbono e nitrogênio simultaneamente. Segue-se resfriamento em água ou salmoura e, assim obtém-se uma dura e resistente ao desgaste.

BORETAÇÃO

Consiste na introdução, por difusão, do elemento boro. O processo é realizado em meio sólido constituído de um granulado composto de carboneto de boro (B4C) e de um ativador, fluoreto duplo de boro e potássio.


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